20145201 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结
20145201 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结
教材学习内容总结
系统级I/O
前言：输入/输出是在主存和外部设备（如磁盘驱动器、终端和网络）之间拷贝数据的过程。输入操作时从I/O设备拷贝数据到主存，而输出操作时从主存拷贝数据到I/O设备。
10.1 Unix I/O
一个Unix文件就是一个m个字节的序列：B0，B1，B2，B3...Bk...Bm-1。
所有的输入输出都能以一种统一且一致的方式来执行：
打开文件：一个应用程序想访问I/O设备时会要求内核打开相应的文件，内核返回一个小的非负整数，叫做描述符。
它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。内核记录有关这个文件的所有信息，应用程序只需记住描述符。
应用程序向内核发出请求→要求内核打开相应的文件→内核返回文件描述符
每个进程开始时都有三个打开的文件，有三个已经被指定文件描述符：
标准输入——0（STDIN_FILENO）
标准输出——1（STDOUT_FILENO）
标准错误——2（STDERR_FILENO）
改变当前的文件位置：对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k，初始为0，文件位置是从文件开头起始的字节偏移量。
应用程序能够通过执行seek操作，显示的设置文件的当前位置为k。
读写文件：读操作是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前位置k开始，将k增加到k+n
当k>=m时执行读操作会触发一个称为end-of-file(EOF)的条件，应用程序能检测到这个条件。
写操作就是从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前位置k开始，然后更新k。
关闭文件：当应用完成对文件的访问，会通知内核关闭文件。
作为响应，内核释放文件打开时创建的数据结构，并将这个描述符恢复到可用的描述符池中。
无论进程因何种原因终止，内核都会关闭所有打开的文件并释放他们的存储器资源。
- 打开和关闭文件
通过调用open函数来打开一个已存在的文件或创建一个新文件.函数定义：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(char *filename,int flags,mode_t mode);
返回值：类型为int型，返回的是描述符数字，总是在进程中当前没有打开的最小描述符。如果出错，返回值为-1。
open函数将filename转换为一个文件描述符并返回。
flags指明进程打算如何访问这个文件，可以取的值见下：
O_RDONLY:只读
O_WRONLY:只写
O_RDWR:可读可写
flags参数也可以是一个或更多位掩码的或：
O_CREAT:如果文件不存在就创建一个截断的（空）文件
O_TRUNC:如果文件已经存在，就截断它。
O_APPEND:每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处。
mode：指定了新文件的访问权限位，具体如下：
进程通过调用close函数关闭一个打开的文件：
#include <unistd.h>
int close(int fd);
返回：若成功则为0，若出错则为-1
- 读和写文件
应用程序是通过分别调用read和write函数来执行输入输出的：
读：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);
返回值：成功则返回读的字节数，EOF返回0，出错返回-1。
fd：文件描述符
buf：存储器位置
n：最多从当前文件位置拷贝n个字节到存储器位置buf
写：
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t n);
返回值：成功则返回写的字节数，出错返回-1。
fd：文件描述符
buf：存储器位置
n：最多从存储器位置buf拷贝n个字节到当前文件位置
需要注意的是，read和write在正常情况下返回值是实际传送的字节数量。
在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，这些不足值不表示有错误，原因如下：
读时遇到EOF
从终端读文本行
读和写网络套接字（socket）
- 用RIO包健壮地读写
RIO包会自动处理不足值，提供了方便、健壮和高效的I/O。
- RIO的无缓冲的输入输出函数
通过调用rio_readn和rio_writen函数，应用程序可以直接在存储器和文件之间传送数据。
#include "csapp.h"
ssize_t rio_readn(int fd,void *usrbuf,size_t n);//返回：若成功则为读的字节数，若EOF则为0，若出错为-1
ssize_t rio_writen(int fd,void *usrbuf,size_t n);//返回：若成功则为写的字节数，若出错则为-1
- 带缓冲的输入函数详解
rioreadinitb(riot *rp,int fd);
每打开一个描述符都会调用一次该函数，它将描述符fd和地址rp处的类型为rio_t的缓冲区联系起来。
rioreadnb(riot *rp,void *usrbuf,size_t n) ;
从文件rp中最多读n个字节到存储器位置usrbuf。对同一描述符，rioreadnb和rioreadlineb的调用可以交叉进行。
ssizet readlineb(riot *rp,void *usrbuf,size_t maxlen);
从文件rp中读取一个文本行（包括结尾的换行符），将它拷贝到存储器位置usrbuf，并用空字符来结束这个文本行。
- 读取文件元数据
应用程序能够通过调用stat和fstat函数，检索到关于文件的信息，即文件的元数据。
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
int stat(const char *filename,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);
//返回：若成功则为0，若出错则为-1.
stat函数以一个文件名作为输入，并填写一个stat数据结构中的各个成员。
- 共享文件
内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：
描述符表：每个进程都有独立的描述符表，由进程打开的文件描述符来索引，每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。
文件表：所有进程共享，表项组成包括当前文件位置、引用计数、一个指向v-node表中对应表项的指针。引用计数为0时，内核会删除这个文件表表项。
v-node表：所有进程共享，每个表项包含stat结构中的大多数信息。
eg：两个描述符通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件，没有共享
eg：多个描述符通过不同的文件表表项来引用同一个文件.
eg：父子进程共享相同的打开文件表集合，共享相同的文件表位置。
- 标准I/O
标准I/O库（libc）：高级输入输出函数
包含：
①fopen/fclose：打开和关闭文件
②fread/fwrite：读和写字节
③fgets/fputs：读和写字符串
④scanf/printf：复杂格式化的I/O函数
关于 流：
标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流，一个流就是一个指向FILE类型的结构指针。
每个程序开始时都有三个打开的流：
①stdin：标准输入
②stdout：标准输出
③stderr：标准错误
它们对应于标准输入、标准输出和标准错误 ，定义如下：
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;
类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象，流缓冲区的目的：使开销较高的Unix I/O系统调用的数量尽可能的小。
教材学习中的问题和解决过程
问题1：在：wq保存文件时出现了下面的问题：
查阅资料发现是因为这个文件需要root权限才能编辑，之前只是普通用户，忘了使用用sudo启动。用权限打开sudo vim 文件名打开文件之后再编译。
问题2 书p603rio_read函数中，erro!=EINTR为何是被应用信号处理程序的返回中断?是否应该是erro==EINTR
本周代码托管截图
其他（感悟、思考等，可选）
本章主要是帮助我们理解系统级的输入输出，对文件的打开和关闭、读和写等操作又有了更深的理解。Unix I/O,告诉我们虽然我们有一些高级的标准库函数可以使用，但是在一些情况下，比如网络套接字时，必须使用系统级I/O。
本章在阅读代码上花费了较多时间，理解起来不是很容易。
学习进度条
| 代码行数（新增/累积） | 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|---|
| 目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 100/100 | 2/2 | 25/25 | 安装了虚拟机并学习掌握核心的linux命令 |
| 第二周 | 100/200 | 1/3 | 30/55 | 虚拟机上的C语言编程 |
| 第三周 | 150/350 | 1/4 | 10/65 | 计算机中信息的表示和运算 |
| 第四周 | 0/350 | 0/4 | 3/68 | 复习前几周内容 |
| 第五周 | 75/420 | 1/5 | 20/88 | 程序的机器级表示 |
| 第六周 | 125/545 | 1/6 | 20/108 | Y86指令 硬件语言控制HCL |
| 第七周 | 72/617 | 1/7 | 20/128 | 磁盘 存储器相关结构 |
| 第八周 | 0/617 | 2/9 | 20/148 | 期中总结 |
| 第九周 | 185/802 | 2/11 | 25/173 | 系统级的输入输出 |
